Upload
noah-valencia
View
26
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Wpływ kąta skręcenia żeber wewnętrznych na proces wymiany ciepła w rurach obustronnie żebrowanych. dr inż. Artur Szajding dr hab. inż. Tadeusz Telejko, prof. AGH dr inż. Marcin Rywotycki dr inż. Monika Kuźnia. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Wpływ kąta skręcenia żeber wewnętrznych
na proces wymiany ciepła
w rurach obustronnie żebrowanych
Wydział Inżynierii Metali i Informatyki PrzemysłowejKatedra Techniki Cieplnej i Ochrony Środowiska
dr inż. Artur Szajding
dr hab. inż. Tadeusz Telejko, prof. AGH
dr inż. Marcin Rywotycki
dr inż. Monika Kuźnia
XVIII Konferencja Rynek Ciepła REC 2012, 17–19.10.2012 Nałęczów
Rury obustronnie żebrowane z wirowym przepływem medium
Rura obustronnie żebrowana Przekrój rury obustronnie żebrowanej
XVIII Konferencja Rynek Ciepła REC 2012, 17–19.10.2012 Nałęczów
Obliczenia współczynnika wnikania ciepła po stronie wewnętrznej ruryw oparciu o zależności kryterialne
35,00
1,04,08,0 sec//PrRe023,0Nu wwcorexs FFFF
27,076,264,029,00
8,02/1
st
Re792,11/Nu
Nu
HSWFFF
F
d
lww
xs
n
w
c
66,031,00,10
8,02/1
st
059,01/Nu
Nu
WSWFF
F
F
d
lww
xs
n
w
c
XVIII Konferencja Rynek Ciepła REC 2012, 17–19.10.2012 Nałęczów
Rury przeznaczone do badań
Lp. , /100mm
,
1 2,0 139 14,27 2 3,0 117 12,12 3 3,5 91 9,45 4 4,5 46 4,83 5 5,0 39 4,09 6 6,0 0 0,00
Rury wytypowane do badań
Geometria rur przeznaczonych do badań
XVIII Konferencja Rynek Ciepła REC 2012, 17–19.10.2012 Nałęczów
Stanowisko badawcze
Schemat ideowy stanowiska do badań cieplno-przepływowych1 – komputer rejestrujący pomiar temperatury; 2 – termometr cyfrowy;
3, 8 – miernik różnicy ciśnień; 4, 9 – przetwornik różnicy ciśnień; 5 – termoanemometr;6 – przetwornik AC/DC; 7 – komputer rejestrujący prędkość powietrza; 10 – rotametr; 11
– zbiornik oleju z zamontowaną grzałką elektryczną; 12 – autotransformator;T1, T2 – punkt pomiaru temperatury oleju; T3, T4 – punkt pomiaru temperatury
powietrza; Vpow – punkt pomiaru prędkości powietrza
XVIII Konferencja Rynek Ciepła REC 2012, 17–19.10.2012 Nałęczów
Obliczenia współczynnika wnikania ciepła po stronie wewnętrznej ruryw oparciu o wyniki eksperymentu
XVIII Konferencja Rynek Ciepła REC 2012, 17–19.10.2012 Nałęczów
powol IIQ
outolinololpolol ttcmI ___
inpowoutpowpowppowpow ttcmI ___
lmtdz tkFQ
Obliczenia współczynnika wnikania ciepła po stronie wewnętrznej ruryw oparciu o wyniki eksperymentu
XVIII Konferencja Rynek Ciepła REC 2012, 17–19.10.2012 Nałęczów
olprzpow QQQ
zzlm
zwp
w
z
w
F
Fdd
k
FF
121
Obliczenia współczynnika wnikania ciepła po stronie zewnętrznej ruryw oparciu o zależności kryterialne
Nu, Re, Pr- liczby kryterialne Nusselta, Reynoldsa i Prandtla;
s - prześwit pomiędzy sąsiednimi żebrami;
h - wysokość żebra;
gz - średnia grubość żebra
1134,02,03/1681,0 PrRe134,0Nu
zg
s
h
s
XVIII Konferencja Rynek Ciepła REC 2012, 17–19.10.2012 Nałęczów
Wyniki pomiarów i obliczeń
Wyniki obliczeń StPr2/3 w funkcji wartości liczby Reynoldsa
1000 2000 3000 4000 5000Re
0.002
0.004
0.006
0.008
StP
r2/3
Bilans ciep lny
Carnavos
Jensen i V lakancic (w ysokie żebra)
Jensen i V lakancic (m ikro-żebra)
14,27 O
4,09 O
XVIII Konferencja Rynek Ciepła REC 2012, 17–19.10.2012 Nałęczów
Wyniki pomiarów i obliczeń
Wpływ kąta pochylenia linii śrubowej żeber wewnętrznych γ na wartość
współczynnika wnikania ciepła od oleju do wewnętrznej powierzchni rury dla różnych
temperatur oleju przy Vol = 0,753 m/s
0 4 8 12 16, O
200
250
300
350
400
450
w, W
/(m
2K
)
to l = 80 OC , R 2 = 0 ,9529
to l = 75 OC , R 2 = 0 ,9756
to l = 70 OC , R 2 = 0 ,9744
to l = 65 OC , R 2 = 0 ,9793
to l = 60 OC , R 2 = 0 ,9637
Vol = 0,753 m/s
0 4 8 12 16, O
250
300
350
400
450
500
w, W
/(m
2K
)
tol = 80 OC
tol = 75 OC
tol = 70 OC
tol = 65 OC
tol = 60 OC
Vol = 0,878 m/s
Wpływ kąta pochylenia linii śrubowej żeber wewnętrznych γ na wartość
współczynnika wnikania ciepła od oleju do wewnętrznej powierzchni rury dla różnych
temperatur oleju przy Vol = 0,878 m/s
XVIII Konferencja Rynek Ciepła REC 2012, 17–19.10.2012 Nałęczów
Wyniki pomiarów i obliczeń
Zależność współczynnika wnikania ciepła od oleju do wewnętrznej powierzchni rury od parametrów przepływu oleju dla różnych kątów skręcenia żeber wewnętrznych
1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600Reol
0
200
400
600
800
w,
W/(
m2 K
)
= 14,27 O
= 12,12 O
= 9 ,45 O
= 4 ,83 O
= 4 ,09 O
= 0 ,00 O
XVIII Konferencja Rynek Ciepła REC 2012, 17–19.10.2012 Nałęczów
Wyniki pomiarów i obliczeń
Wpływ temperatury oleju oraz kąta pochylenia linii śrubowej żeber
wewnętrznych na wartość strumienia ciepła przekazywanego przez rury przy
Vpow = 7,28 m/s i Vol = 0,753 m/s
Wpływ temperatury oleju oraz kąta pochylenia linii śrubowej żeber
wewnętrznych na wartość strumienia ciepła przekazywanego przez rury przy
Vpow = 7,28 m/s i Vol = 0,878 m/s
55 60 65 70 75 80 85Tem peratura wpływającego oleju , oC
400
800
1200
1600
2000
2400
Q,
W
= 14,27 O
= 12,12 O
= 9 ,45 O
= 4 ,83 O
= 4 ,09 O
= 0 ,00 O
Vpow = 7,28 m/sVol = 0,753 m/s
55 60 65 70 75 80 85Tem peratura wpływającego oleju , oC
800
1200
1600
2000
2400
Q,
W
= 14,27 O
= 12,12 O
= 9 ,45 O
= 4 ,83 O
= 4 ,09 O
= 0 ,00 O
Vpow = 7,28 m/s
Vol = 0,878 m/s
XVIII Konferencja Rynek Ciepła REC 2012, 17–19.10.2012 Nałęczów
Wyniki pomiarów i obliczeń
55 60 65 70 75 80 85Tem peratura wpływającego oleju , oC
400
800
1200
1600
2000
2400
Q,
W
= 14,27 O , R 2 = 0 ,9953
= 12,12 O , R 2 = 0 ,9914
= 9 ,45 O , R 2 = 0 ,9952
= 4 ,83 O , R 2 = 0 ,9772
= 4 ,09 O , R 2 = 0 ,9869
= 0 ,00 O , R 2 = 0 ,9807
Vpow = 6,60 m/sVol = 0,753 m/s
55 60 65 70 75 80 85Tem peratura wpływającego oleju , oC
800
1200
1600
2000
2400
Q,
W
= 14,27 O
= 12,12 O
= 9 ,45 O
= 4 ,83 O
= 4 ,09 O
= 0 ,00 O
Vpow = 6,60 m/sVol = 0,878 m/s
Wpływ temperatury oleju oraz kąta pochylenia linii śrubowej żeber
wewnętrznych na wartość strumienia ciepła przekazywanego przez rury przy
Vpow = 6,60 m/s i Vol = 0,753 m/s
Wpływ temperatury oleju oraz kąta pochylenia linii śrubowej żeber
wewnętrznych na wartość strumienia ciepła przekazywanego przez rury przy
Vpow = 6,60 m/s i Vol = 0,878 m/s
XVIII Konferencja Rynek Ciepła REC 2012, 17–19.10.2012 Nałęczów
Wyniki pomiarów i obliczeń
Zależność strumienia ciepła przekazywanego przez rurę obustronnie żebrowaną od parametrów przepływu oleju dla różnych kątów skręcenia żeber wewnętrznych
1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600Reol
400
800
1200
1600
2000
2400
Q,
W
= 14,27 o
= 12,12 o
= 9,45 o
= 4,83 o
= 4,09 o
= 0,00 o
XVIII Konferencja Rynek Ciepła REC 2012, 17–19.10.2012 Nałęczów
Wnioski
• Kąt skręcenia żeber wewnętrznych ma wpływ na intensyfikację wymiany ciepła w rurach obustronnie żebrowanych.
• Zwiększenie kąta skręcenia żeber wewnętrznych powoduje wzrost przekazywanego strumienia ciepła. Zwiększenie tego kąta od 0˚/10cm do 139˚/10cm przy zachowaniu pozostałych parametrów przepływu na niezmienionym poziomie powodował wzrost ilości wymienianego ciepła o ok. 50 – 100%.
• Wyniki empiryczne wskazują, że optymalizacja ożebrowania wewnętrznego rur pozwala na zwiększenie mocy wymiennika lub przy zachowaniu jego dotychczasowej mocy, na zmniejszenie ilości rur w wymienniku. Pozwala to na obniżenie zarówno wagi jak i kosztów materiałowych wymiennika.
XVIII Konferencja Rynek Ciepła REC 2012, 17–19.10.2012 Nałęczów
Wnioski
• Zmiana parametrów przepływu cieczy wewnątrz rury w kierunku rosnących wartości powoduje zwiększenie strumienia ciepła przekazywanego przez rurę obustronnie żebrowaną.
• Otrzymane wyniki obliczeń wykonane za pomocą zależności kryterialnych służących wyznaczeniu współczynnika wnikania ciepła po wewnętrznej stronie rury z wewnętrznym spiralnym ożebrowaniem, wykazują znaczące różnice pomiędzy sobą, a rozbieżność wyników obliczeń uniemożliwia wybranie jednej najlepszej zależności służącej do obliczania wymiany ciepła w rurach obustronnie żebrowanych. Stanowi to duży problem w wykorzystaniu tego typu rur w zastosowaniach praktycznych.
XVIII Konferencja Rynek Ciepła REC 2012, 17–19.10.2012 Nałęczów
Dziękuję za uwagę
XVIII Konferencja Rynek Ciepła REC 2012, 17–19.10.2012 Nałęczów